ANÁLISIS DEL EFECTO DE LAS PRINCIPALES VARIABLES QUE DETERMINAN EL COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE SUSPENSIONES LIMONÍTICAS

ARTÍCULO ORIGINAL ANÁLISIS DEL EFECTO DE LAS PRINCIPALES VARIABLES QUE DETERMINAN EL COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE SUSPENSIONES LIMONÍTICAS ANALYSIS OF THE EFFECT OF THE MAIN VARIABLES THAT DETERMINE THE RHEOLOGY OF SUSPENSIONS LIMONITICAS Dra. Liudmila Pérez GarcíaI, Dr. Leonel R. Garcell PuyánsII I: Empresa Niquelífera Pedro Sotto Alba, Moa, Cuba. II: Facultad de Ingeniería Química, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba RESUMEN En el presente trabajo se han estudiado las propiedades reológicas de las suspensiones limoníticas que se alimentan al proceso de lixiviación ácida a presión (LAP) en Moa. Se seleccionaron dos muestras minerales con composiciones químicas marcadamente diferentes, correspondientes a los yacimientos Moa Oriental (Área # 30) y Moa Occidental Zona A (Área # 12), para preparar las pulpas requeridas con el mismo procedimiento empleado a escala industrial. La primera parte del trabajo experimental consistió en la caracterización físico-química de las muestras utilizando las técnicas siguientes: análisis granulométricos con un analizador de partículas, ensayos de estabilidad para la determinación de puntos de carga cero (p.c.c) y fluorescencia de Rayos X para la composición química. Luego se aplicó un diseño estadístico de experimentos 2K para valorar los efectos del contenido de sólidos (% S), la composición química (Nrmin), la diferencia de pH (p.c.cpH), la distribución de tamaños de las partículas (s) y sus interacciones sobre la viscosidad aparente de la suspensión (µ); teniendo en cuenta el dominio de operación de la planta. Los resultados han mostrado que todas las suspensiones estudiadas presentaron un comportamiento no newtoniano, que se ajusta al modelo reológico de Bulkley-Herschel. Por otra parte, se determinó que en el intervalo definido para cada variable, exceptuando el contenido de sólido, los restantes factores y varias interacciones entre dos y tres de ellos, presentan un efecto altamente significativo sobre la viscosidad aparente de las suspensiones. Palabras clave: reología, suspensiones de laterita, número de mineral, coeficiente de polidispersión, punto de carga cero, contenido de sólidos. 376 ABSTARCT The present research paper studies the rheological properties of limonitic suspensions in the ore feed to the Pressure Acid Leach (PAL) process in Moa. Two ore samples with significantly different chemical characteristics were selected. The samples were collected in Moa Oriental ore body (Area #30) and Moa Occidental ore body (Area # 12) in order to prepare the required ore slurries following the same procedure that is currently used by industrial facilities. The first part of the experiment included a physical-chemical characterization of the samples using the following techniques: particle size analysis using a particle analyzer, stability tests to determine the points of zero charge and x-ray fluorescence analysis to determine chemical composition. Afterward, a statistical design of experiments 2k was used to evaluate the effects of percent solids (% S), chemical composition (Nrmin), difference of pH (p.c.c-pH) and particle size distribution (s) and their interactions on the apparent viscosity of the suspension (µ) taking into consideration the operating band of the Process Plant. The results indicate that all suspensions had a non-Newtonian behavior that matches the Bulkley-Herschel rheological model. On the other hand, it was determined that with the exception of the % solids, the remaining factors and several interactions among two or three of them have a significantly high effect on the apparent viscosity of suspensions within the defined interval for each variable. Keywords: rheology, laterite suspensions, coefficient, point of zero charge, percent solids. mineral number, polydispersion INTRODUCCION La dispersión de un sólido en un líquido puede exhibir características de flujo newtoniano o no newtoniano, dependiendo de las interacciones físicas y químicas que tienen lugar entre las partículas y el líquido, así como de la naturaleza y características de las fases. En la literatura especializada se analizan diversos tipos de interacciones, resumiéndose dentro de tres categorías diferentes /Cheng D. CH., 1980/: 1. Interacciones hidrodinámicas entre el líquido y las partículas sólidas dispersas, las cuales incrementan la disipación viscosa en el líquido. 2. La atracción entre partículas, que da lugar a la formación de agregados y estructuras. 3. El contacto partícula–partícula, el cual es la causa de las interacciones de fricción. En cada tipo de interacción intervienen una variedad de factores que determinan el comportamiento y las características reológicas de la dispersión. Los factores más importantes son: 377 1. Las características coloidequímicas de la dispersión (estabilidad), que dependen del pH, de la naturaleza del sólido y de la superficie de las partículas, y de la composición iónica del medio dispersante. 2. Composición mineralógica. 3. Forma, tamaño y distribución granulométrica de las partículas. 4. Concentración de la fase sólida. 5. Temperatura de la dispersión. El comportamiento de dispersiones acuosas coloidales de óxidos inorgánicos continúa siendo un problema importante en la ciencia coloidal moderna, tanto teórica como experimental. Los efectos no hidrodinámicos juegan un papel predominante en el comportamiento reológico, así como en la estabilidad de las suspensiones constituidas por partículas con dimensiones coloidales o cercanas al rango coloidal, como es el caso de las suspensiones lateríticas que se procesan en el área del níquel /Avramidis K. S., R. M. Turian, 1991/. En la actualidad, no es posible dar a estas suspensiones minerales una caracterización que garantice un comportamiento reológico predecible. De hecho, el comportamiento reológico de una muestra cambia con el yacimiento, así como con el sitio y la profundidad con que se tome, de ahí que el modelo reológico implica un trabajo experimental grande y complejo por el número y naturaleza de las experiencias. Se ha comprobado que las características no newtonianas de estas pulpas se deben a efectos de diversos factores, siendo los principales la concentración total de sólidos, la distribución de tamaños de las partículas, el pH, la temperatura de la suspensión y la composición mineralógica. Debido a ello, es necesario conocer las curvas de flujo y los parámetros reológicos que describen el comportamiento de dichas suspensiones con vistas al cálculo y evaluación de equipos, conductos, sistemas de bombeo y otros. En trabajos previos realizados se han abordado los efectos de las variables antes mencionadas, pero no se ha obtenido el resultado integral de la acción de las mismas, ni sus posibles interacciones /Garcell L., 1991; Cerpa A. et. al., 1996; Cerpa A. et. al., 1999; Cerpa A. et. al., 2001; Cerpa A. et. al., 2003; Pérez L., 2004; Pérez L. et. al., 2008; Pérez L., Y. Cardero, L. Garcell, 2009/. Por tal motivo, y teniendo en (...truncated)